KR20130019997A - 골 형성 유도 조성물의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 골 형성 유도 조성물을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 이에 따르면 인체에 무해하고, 면역 거부 반응을 감소시키고, 골 형성 유도능이 향상된 골 형성 유도 조성물을 제조할 수 있다.

Description

골 형성 유도 조성물의 제조 방법{A preperation method of a composition for induction of bone formation}

본 발명은 골 형성 유도 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.

결손된 골의 신속하고 완전한 회복을 위한 많은 실험적, 임상적 시도들이 오래 전부터 진행되어 왔으며 그 동안의 노력으로 다양한 골 이식재, 골대체재 및 골 성장 인자들이 연구, 개발되었다. 그러나 아직까지도 이상적이고 완벽한 골대체물은 개발되지 못하였으며, 이를 찾기 위한 여러 연구들이 다양하게 진행되고 있다.

골 이식물은 골에 결함이나 상처가 있을 때 자연적인 재생 과정을 증대시키기 위하여 종종 이용된다. 이러한 골 이식물은 생체 적합성이 있어야 한다. 또한, 이상적인 골 이식물은 골형성적, 즉 골전도적임과 동시에 골 유도적이어야 하며, 이식에 앞서 외과의사에 의해 쉽게 조작될 수 있어야 하고, 이식 후에 강도와 성질이 생체 내에서 그대로 유지될 수 있어야 한다. 소정의 재생 능력면에서 천연 골은 잠재적인 이식물질이다. 그러나 자가(autogenic), 동종(allogenic) 및 이종(xenogeneic)의 골 이용은 부수적 질환 전이, 면역적 이식 거부, 환자 이환율 및 복잡한 외과적 절차에 의해 복잡해진다. 따라서 합성의 골 이식물질에 대한 관심이 집중되었다.

일반적으로 널리 이용되는 골 유도성 물질은 탈회골 기질(demineralized bone matrix: DBM)과 인간 골 형태 생성 단백질(bone morphogenetic protein: BMP)을 포함할 수 있다. 탈회골 기질은 뼈에서 무기질을 제거하고 고분자로만 이루어진 물질로 골형성 단백질의 활성을 향상시키고 취급이 용이하여 정형외과, 치과, 신경외과 분야에서 골재생이 느리거나 불가능한 부위에 충진재로서 사용되고 있다. BMP는 골 기질에 존재하는 골 형성 세포군의 미분화 세포가 분화될 수 있게 유도하는 TGF-β 슈퍼패밀리에 속하는 단백질 군으로, 골 형성을 유도하는 능력에 기초하여 분류된다(Wozney, JM, Science 242:1528-1534, 1988). BMP는 골로부터 분리되거나 재조합 유전자 기술을 통해 제조될 수 있다.

탈회골 기질은 골 성장 인자와 함께 골 형성 유도 조성물에 직접 사용될 수 있으나, 탈회골 기질의 고도로 가교된 콜라겐 네트워크로 인해, 골 성장인자가 초기에 방출되지 못하고 콜라겐 네트워크 상에 갇혀 있다가 콜라겐 성분이 분해되면서 천천히 방출되므로 골 재생 효율이 떨어질 수 있다. 또한 탈회골 기질은 구조적으로 수용액과 친화성이 떨어지며, 단독으로 이식 시 형태유지가 어렵고 손상부위 주입 시에 다른 물질과의 연계가 반드시 필요하다. 이에 따라 현재까지 탈회골 기질은 유기 고분자인 젤라틴, 글리세롤, 폴록사머, 히알루론산 등과 혼합되어 사용되었으나, 상기 열거한 유기 고분자들은 형태유지성, 주입성, 함량 및 생체적합성을 모두 만족시킬 수 없었다. 특히, 젤라틴 등을 혼합하는 방식은 탈회골 기질의 주입성을 향상시킬 수는 있으나 보관이 어렵고, 유효기간이 짧아지며, 글리세롤과의 혼합제품은 탈회골 기질의 함량이 현저히 낮아져 탈회골 기질의 골 재생작용이 느릴 수 있는 단점이 있다. 또한 유기합성고분자 등을 혼합하여 주입하는 방법도 보고되고 있으나 생체 내에서 분해가 되지 않고 체액과 친화성이 떨어져서 신장이 부담이 생길 수 있다.

따라서 골 성장인자가 초기에 방출되고, 인체에 무해하며 탈회골 기질의 주입성 및 형태유지성을 향상시킬 수 있는 골 재생용 조성물의 개발의 필요가 아직 존재한다.

본 발명은 인체에 무해하고, 탈회골 기질의 주입성 및 형태 유지성을 향상시킬 수 있는 골 형성 유도 조성물의 제조 방법을 제공하기 위함이다.

또한 본 발명은 골 형성 유도 능력이 향상된 골 형성 유도 조성물의 제조 방법을 제공하기 위함이다.

본 발명의 일 양태는

a) 탈회골 기질에 산성 용매를 첨가하여 탈회골 기질 용액을 제조하는 단계;

b) 상기 탈회골 기질 용액으로부터 탈회골 기질의 가용성 물질을 포함하는 용액과 불용성 물질을 분리하는 단계;

c) 상기 가용성 물질을 포함하는 용액을 중화시키는 단계;

d) 상기 c) 단계의 결과물을 건조시키는 단계;

e) 상기 d) 단계의 결과물을 재수화시키는 단계; 및

f) 상기 e) 단계에서 재수화된 용액의 동결 및 해동을 반복하는 단계를 포함하는 골 형성 유도 조성물의 제조 방법을 제공한다.

상기 골 형성 유도 조성물의 제조 방법은 a) 탈회골 기질에 산성 용매를 첨가하여 탈회골 기질 용액을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 탈회골 기질(demineralized bone matrix, DBM)은 무기질을 제거시킨 골(bone)을 지칭하는 것으로 본 발명에서 사용하는 탈회골 기질은 그 종류에 제한이 없으며, 상업적으로 이용 가능한 탈회골 기질을 구입하여 그대로 사용하거나, 포유동물 유래의 뼈를 공지된 방법을 사용하여 탈회골 기질로 제조하여 사용할 수 있다(Russell et al., Orthopadics 22(5) 524-531, 1999).

상기 탈회골 기질을 만드는데 사용되는 골은 살아있거나 죽은 조직의 임의의 공급원으로부터 얻을 수 있고, 자가, 동종 또는 이종의 골을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인간의 피질골을 사용할 수 있다. 골의 공급원은 골의 수용자와 이종일 수 있으나, 면역 거부 반응을 최소화하기 위해서는 골의 공여자와 수용자가 동일 종이 되는 것이 바람직하다.

상기 탈회골 기질은 골 시료를 수득한 뒤, 골을 절단하고 분쇄시키는 단계, 절단된 골의 탈지질 단계, 탈지질된 골을 세척시키는 단계, 세척된 골을 탈회시키는 단계(무기질을 제거하는 단계), 탈회된 골을 중화시키는 단계, 중화된 골을 동결 건조시키는 단계를 포함하는 당업계에 알려진 탈회골 기질 제조 방법에 의해 제조될 수 있다. 당업자는 상기 골을 절단하고 분쇄시키는 단계, 골의 탈지질 단계, 및 골을 세척시키는 단계가 순서가 뒤바뀌거나 적절히 반복될 수 있다는 것을 자명하게 인식할 것이다.

보다 구체적으로 상기 골을 절단하고 분쇄시키는 단계는 수득된 골 시료를 제분(milling) 또는 분쇄로 100 내지 2000 마이크론의 골 입자로 만드는 단계일 수 있다. 상기 골의 탈지질 단계는 열수, 클로로포름/메탄올(혼합비, v/v, 1:1), 95% 에탄올, 70% 에탄올, 디에틸 에테르 등 다양한 유기 용매를 사용하여 수행될 수 있다. 상기 골을 세척시키는 단계는 정제수로 복수 회 반복될 수 있다. 상기 골을 탈회시키는 단계는 예를 들어 HCl, EDTA, 포름산, 시트릭산, 아세트산, 질산, 아질산 등 다양한 산성용액을 처리하여 수행할 수 있고, 바람직하게는, 0.5N-2N HCl을 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는, 절단된 골 입자 1g 당 10-25ml의 0.5N-1N HCl을 사용하여 15도-25도에서 10분-6시간 동안 교반할 수 있다. 상기 탈회된 골을 중화시키는 단계는 예를 들면, NaOH, 인산완충용액, 시중에 판매되는 생리식염수, 0.9% 염화나트륨용액, 멸균 증류수 등을 사용하여 수행할 수 있으며, 바람직하게는 골조직 1g 당 5-30ml를 사용할 수 있다. 이 후 상기 중화된 탈회 골을 동결 건조시켜 상기 a)단계의 탈회골 기질을 생성시킬 수 있다.

상기 a)단계에서 탈회골 기질에 산성 용매를 첨가함으로써 약 95%의 제1형 교원질, 약 5%의 프로테오클라이칸으로 구성되고, 기타 비교원질형 단백질, 골 성장 인자 BMP2, BMP4, BMP7 등을 포함하는 탈회골 기질의 가용성 물질이 산성 용매에 용해된다. 제1형 교원질에 의해 후에 동결 건조를 반복하였을 때 점성이 생기고, 교원질의 네트워크 구조는 골 조직으로 성숙 분화되기 위한 중요한 베이스가 된다. 교원질 내에는 수용성 단백질인 골 유도 성장 인자들이 존재하는데, 이러한 골 유도 성장 인자와 교원질의 네트워크 구조에 의해 중간엽미분화세포들이 진입하여 조골세포로 분화외고, 성숙한 골세포가 될 수 있다. 상기 산성 용매는 염산, 시트르산, 아세트산, 락트산, 말산, 카르복실산 등이 될 수 있고, 바람직하게는 시트르산이 될 수 있다.

첨가하는 산성 용매의 농도 및 용량에 따라 추출되는 ECM의 추출량이 변화하므로(하기 실시예 4 참조) 당업자는 원하는 추출량에 따라 상기 첨가하는 산성 용매의 농도 및 용량을 적절히 선택할 수 있을 것이다. 바람직하게는 상기 산성 용매가 시트르산인 경우 3M-5M의 농도로 10ml/DBM g 내지 40ml/DBM g의 용량으로 탈회골 기질에 첨가될 수 있다.

상기 산성 용매를 첨가하고 반응시키는 반응 온도 및 반응 시간은 사용되는 산 용매의 종류, 농도, 추출하고자 하는 가용성 물질의 종류 등에 따라 당업자에 의해 적절히 조절될 수 있고, 바람직하게는 0-30℃의 온도에서 60-80시간 동안 반응시킬 수 있다. 보다 바람직하게는 15-21℃의 온도에서 72시간 동안 반응시키거나 또는 0-10℃의 온도에서 24시간 동안 반응시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 구체예에 따르면 상기 탈회골 기질에 3-5M의 시트르산을 10-20ml/DBM g 첨가하고 15-21℃의 온도에서 24 내지 72시간 동안 반응시킨다. 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따르면 상기 탈회골 기질에 3-5M의 시트르산을 10-20ml/DBM g 첨가하고 0-10℃의 온도에서 24 내지 72시간 동안 반응시킨다.

상기 골 형성 유도 조성물의 제조 방법은 b) 상기 탈회골 기질 용액으로부터 탈회골 기질의 가용성 물질을 포함하는 용액과 불용성 물질을 분리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 분리하는 단계는 체를 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들면, 20um 이상 50um 이하의 포어로 구성된 체를 이용하여, 불용성물질과 가용성물질을 분리할 수 있다. 상기 분리된 불용성 물질은 중화 및 건조되어 상기 a) 내지 f) 단계를 거쳐 제조된 골 형성 유도 조성물에 첨가되어 골 형성 유도 능력을 향상시킬 수 있다.

상기 골 형성 유도 조성물의 제조 방법은 c) 상기 가용성 물질을 포함하는 용액을 중화시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 가용성 물질을 포함하는 용액은 a)단계에서 산성 용매를 사용하였기 때문에 산성을 띈다. 이를 중화시키기 위해, 이에 제한되는 것은 아니나, NaOH, 인산완충용액, 시중에 판매되는 생리식염수, 0.9% 염화나트륨용액, 멸균 증류수 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 멸균 증류수를 사용할 수 있다. 상기 가용성 물질을 포함하는 용액을 중화시키는 단계는 pH가 6.5-7.0이 될 때까지 멸균 증류수를 첨가하여 희석하고 농축하는 과정을 반복함으로써 수행될 수 있다.

상기 골 형성 유도 조성물의 제조 방법은 d) 상기 c) 단계의 결과물을 건조시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 건조시키는 단계는 c) 단계에서 중화된 가용성 물질을 포함하는 용액을 동결건조시킴으로써 수행될 수 있다. 동결건조는 이식체에 존재할 수도 있는 수분 내의 미생물을 일부 제거하는 효과가 있으며, 수분으로 인해 생길 수 있는 미생물의 번식을 억제하는 효과가 있다. 바람직하게는, 수분함유량은 6% 이하로 될 수 있다.

상기 골 형성 유도 조성물의 제조 방법은 e) 상기 d) 단계의 결과물을 재수화시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 건조된 가용성 물질에 멸균된 증류수를 첨가하여 수용액으로 제조할 수 있다. 바람직하게는 상기 수용액은 5-10%의 농도로, 더 바람직하게는 8%의 농도로 제조될 수 있다. 상기 골 형성 유도 조성물의 제조 방법은 f) 상기 e) 단계에서 재수화된 용액의 동결 및 해동을 반복하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 재수화된 용액의 동결 및 해동을 반복함으로써 재수화된 용액이 가교되어 점성이 증가할 수 있다. 바람직하게는, 상기 동결은 -80 내지 -60℃의 온도에서 1 내지 5시간 동안 실시할 수 있고, 상기 해동은 0 내지 30℃의 온도에서 6 내지 24 시간 동안 실시할 수 있다. 더 바람직하게는 상기 동결은 -70℃에서 3시간 동안 실시할 수 있고, 상기 해동은 15 내지 25℃의 온도에서 24시간 동안 실시할 수 있다. 상기 동결 및 해동을 반복하는 횟수는 1 내지 20회일 수 있다. 상기 동결 및 해동의 온도, 시간 조건 및 동결 및 해동을 반복하는 횟수는 사용되는 가용성 물질을 포함하는 용액의 농도, 원하는 점성의 강도, 원하는 가용성 물질의 농도 등에 따라 당업자에 의해 발명의 기본 정신을 해하지 않는 범위 내에서 조절될 수 있을 것이다. 하기 실시예에서 볼 수 있는 바와 같이 동결 및 해동을 반복함에 따라 탈회골 기질의 가용성 물질을 포함하는 수용액의 점성이 증가함을 알 수 있다.

탈회골 기질은 골형성 단백질의 활성을 향상시키고 취급이 용이하여 정형외과, 치과, 신경외과 분야에서 사용되어 왔으나, 단독으로 이식 시 형태유지가 어렵고 손상부위 주입 시에 다른 물질과의 연계가 반드시 필요하였다. 일반적으로 상품화되어 있는 DBM 겔(paste) 제품은 대부분 수화겔 형태의 생리비활성화 물질이 겔 성분으로 사용되고 있는데, 이는 이식 직후 경화로 인해 체내에서 고열이 발생한다는 문헌이 보고된 바 있다. 본 발명은 골 형성 유도 조성물을 제조함에 있어 동결 및 해동을 반복하는 단계를 포함하여, 외부 물질의 첨가 없이 탈회골 기질 자체적으로 점성을 가지게 할 수 있어 상기와 같은 문제점이 발생하지 않는다. 또한 탈회골 기질 중 불가용성 물질과 가용성 물질을 포함한 수용액을 혼합하여 골 형성 유도 조성물을 제조하는 경우, 탈회골 기질 중 가용성 물질을 포함한 용액 자체가 겔 담지체로 사용되기 때문에, 불가용성 물질뿐만 아니라, 겔 담지체 자체에도 골 성장인자가 존재하여 기존의 골 형성 유도 조성물에 비해 더 높은 골 유도능을 가질 수 있고, 인간 유래의 겔 담지체를 사용하기 때문에, 인체에 무해하고, 환자에게 이식 시, 발생할 수 있는 면역거부반응을 현저하게 줄일 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 골 유도 형성 조성물의 제조 방법은 상기 상기 방법은 상기 b) 단계 이후에,

b-1) 탈회골 기질에 산성 용매를 첨가하여 탈회골 기질 용액을 제조하는 단계;

b-2) 상기 탈회골 기질 용액으로부터 탈회골 기질의 가용성 물질을 포함하는 용액과 불용성 물질을 분리하는 단계; 및

b-3) 상기 b-2) 단계에서 분리된 가용성 물질을 포함하는 용액을 상기 b) 단계의 가용성 물질을 포함하는 용액에 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 골 형성 조성물의 제조 방법은 탈회골 기질 용액을 제조하는 단계에서, 탈회골 기질과 산성 용매를 반응시키는 조건, 예를 들면 반응 시간 또는 반응 온도 등을 상이하게 하여 두 종류의 탈회골 기질 용액을 제조하는 것인 방법이다. 하기 실시예 5를 참조하면, 반응 온도 및 반응 시간을 상이하게 하여 탈회골 기질 용액을 제조한 뒤, 이로부터 얻은 각각의 가용성 물질을 포함하는 용액에 포함된 총 단백질량과 성장인자의 량은 서로 상이하였다. 이에 착안하여, 탈회골 기질에 산성 용매를 첨가하는 반응 조건을 상이하게 하여 제조된 2 종류의 가용성 물질을 포함하는 용액을 혼합하여 골 형성 유도 조성물을 제조한 결과, 기존 제품에 비해 골 형성 유도 능력이 향상된 조성물을 제조할 수 있었다. 상기 방법에 따르면, 골 형성 유도 조성물 중에 포함되는 단백질, 골 성장 인자의 함량에 따라 탈회골 기질에 산성 용매를 처리하는 반응 조건을 달리하여 2 종류 이상의 가용성 물질을 포함하는 용액을 제조하여 혼합할 수 있다.

상기에서 a) 단계에 대해 기술된, 사용될 수 있는 산성 용매의 종류, 산성 용매의 농도, 산성 용매의 용량, 산성 용매와의 반응 시간, 반응 온도가 상기 b-1) 단계에 동일하게 적용된다. 다만, 상기 b-1), b-2), b-3) 단계가 골 형성 유도 조성물 제조 방법에 포함되는 경우, 상기 b-1) 단계의 반응 시간은 상기 a) 단계의 반응 시간과 상이할 수 있다. 바람직하게는 상기 a) 단계는 0-30℃의 온도에서 반응 시간이 60-80 시간이고, 및 상기 b-1) 단계는 0-30℃의 온도에서 반응 시간이 20-40 시간일 수 있고, 더 바람직하게는 상기 a) 단계는 반응 시간이 72 시간이고, 및 상기 b-1) 단계는 반응 시간이 24 시간일 수 있다. 상기 a) 단계와 상기 b-1) 단계는 반응 온도도 상이할 수 있고, 바람직하게는 상기 a) 단계는 15-25℃에서 반응 시간이 60-80 시간이고, 및 상기 b-1) 단계는 0-8℃에서 반응 시간이 20-30 시간 일 수 있다. 상기 a) 단계와 b-1) 단계의 반응 조건은 서로 바뀌어도 무관하고, 골에서 추출하고자 하는 단백질 또는 골 성장인자 등의 종류, 양에 따라 당업자에 의해 적절히 조절될 수 있다.

상기 a) 단계 및 b-1) 단계에서 생성된 2 종류의 탈회골 기질 용액으로 각각 b) 단계 및 b-2) 단계를 수행하여 가용성 물질을 포함하는 용액을 획득하고 상기 b-3) 단계에서 2 종류의 가용성 물질을 혼합한다. 상기 b-2) 단계는 상기 b) 단계에 대하여 기술된 내용이 동일하게 적용된다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 골 형성 유도 조성물의 제조 방법은 상기 f) 단계 이후에,

j) 상기 f) 단계의 결과물을 상기 b) 단계의 불용성 물질과 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 b) 단계의 불용성 물질은 미네랄이 제거된 교원질, 비교원질성 기질로 구성되어 있고, 이를 상기 f) 단계의 결과물과 혼합하게 되면 골 전도능이 향상된 조성물을 얻을 수 있다. 이는 외래 물질을 담지체로 하지 않고, 탈회골 물질 자체(상기 f) 단계의 결과물)를 겔 담지체로 하기 때문에, 외래 물질로 인한 부작용을 예방할 수 있고 겔 담지체 자체에도 골 성장 인자가 포함되어 있어 골 형성 유도 능력도 기존의 골 형성 유도 조성물에 비해 향상될 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면 상기 골 형성 유도 조성물의 제조 방법은 상기 b) 내지 f) 단계 중 어느 한 단계 이후에,

k) 상기 b) 단계의 불용성 물질을 중화시키는 단계; 및

l) 상기 k) 단계의 결과물을 건조시키는 단계;를 더 포함하고,

상기 f) 단계, k) 단계, 및 l) 단계 이후에

m) 상기 k) 단계의 결과물을 상기 f)단계의 결과물과 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 골 형성 유도 조성물의 제조 방법은 k) 상기 b) 단계의 불용성 물질을 중화시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 a) 단계에서 산성 용매를 첨가하여 상기 b) 단계에서 분리된 불용성 물질은 산성을 띄므로 골 형성 유도 조성물에 첨가하기 전에 중화시킬 수 있다. 중화시키기 위해, 이에 제한되는 것은 아니나, NaOH, 인산완충용액, 시중에 판매되는 생리식염수, 0.9% 염화나트륨용액, 멸균 증류수 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 멸균 증류수를 사용할 수 있다. 상기 중화시키는 단계는 pH가 7.0-7.5가 될 때까지 멸균 증류수를 첨가하여 희석하고 농축하는 과정을 반복함으로써 수행될 수 있다.

상기 골 형성 유도 조성물의 제조 방법은 l) 상기 k) 단계의 결과물을 건조시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 건조는 동결건조시킴으로써 수행될 수 있다. 동결건조는 이식체에 존재하던 수분으로 인해 생길 수 있는 미생물의 번식을 억제하는 효과가 있다. 바람직하게는, 수분함유량은 6% 이하로 될 수 있다.

상기 k) 단계 및 l) 단계는 상기 b) 내지 f) 단계 중 어느 한 단계 이후에 올 수 있고, c) 내지 f) 단계와 병행해서 수행될 수 있다. 상기 골 형성 유도 조성물의 제조 방법은 상기 f) 단계, k) 단계, 및 l) 단계 이후에, m) 상기 k) 단계의 결과물을 상기 f)단계의 결과물과 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 k) 단계 및 l) 단계를 거쳐 중화되고 건조된 탈회골 기질의 불용성 물질을 f) 단계의 가용성 물질을 포함하는 용액과 혼합하여 골 형성 유도 조성물을 제조할 수 있다. 한편, 가용성물질을 포함한 수용액으로 불가용성 물질을 수화시킨 후, 동결건조를 하여 표면 상에 일차적으로 담지를 시킨 상태 하에 겔 담지체인 가용성물질을 포함한 용액을 혼합해 주는 방법도 있을 수 있다. 이러한 방식은 외부에서 교원질 성분이 분해되면서 존재하고 있던 골 성장인자가 방출되는 1차적인 골유도능의 효과에 이어, 그 이후에 불가용성 물질로부터 2차적인 방출로 인한 골유도능 효과의 증대 및 방출 기간의 지속성을 기대할 수 있다.

본 발명에 따른 골 형성 유도 조성물의 제조 방법을 사용함으로써, 인체에 무해하고, 면역거부반응이 감소되고, 더 높은 골 유도능을 가진 골 형성 유도 조성물을 제조할 수 있다.

도 1은 탈회골 기질에서 분리된 가용성 물질을 포함하는 용액을 중화, 농축 및 건조시킨 후, 멸균된 증류수에 재수화 시키고 동결-해동 과정을 반복하였을 때, 수용액의 농도 및 반복한 횟수에 따른 점성 차이를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 골 형성 유도 조성물의 제조 방법 중 a) 단계에서 사용하는 시트르산의 농도, 용량을 상이하게 하였을 때의 수용성 단백질 추출 경향을 나타낸다.
도 3은 기존의 골 분말과 본 발명의 골 형성 유도 조성물에서 추출되는 수용성 단백질의 차이를 나타낸다.
도 4는 기존의 골 분말과 본 발명의 골 형성 유도 조성물에서 추출되는 BMP-2의 차이를 나타낸다.
도 5는 실시예 2에 기술된 바와 동일하게 제조된 골 형성 유도 조성물과 타사의 제품을 누드마우스의 피하에 이식한 후 2주와 4주째에 실험 동물을 희생하여 채취된 시료의 무게를 비교한 것을 나타낸다.
도 6은 실시예 2에 기술된 바와 동일하게 제조된 골 형성 유도 조성물과 타사의 제품을 누드마우스의 피하에 이식한 후 2주와 4주째에 실험 동물을 희생하여 채취된 시료를 X-ray 촬영한 사진이다.
도 7은 실시예 2에 기술된 바와 동일하게 제조된 골 형성 유도 조성물과 타사의 제품을 누드마우스의 피하에 이식한 후 2주와 4주째에 실험 동물을 희생하여 채취된 시료를 사용하여 조직한 샘플을 제조하여 비교한 결과이다.

이하, 하나 이상의 구체예를 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 하나 이상의 구체예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 탈회골 기질의 제조

먼저, 인간의 피질골(cortical bone)(코라아본뱅크에서 가공)을 83% 에탄올과 6% 과산화수소 용액에 처리하여 골수 및 지질을 제거하였다. 이후, 띠톱 기계를 이용하여 골을 블록 형태로 절단하였다. 상기 절단된 블록을 bone mill_1(M20, Fritsch, 독일)에 넣고, 1차 분쇄를 한 다음, 다시 상기 1차 분쇄물을 bone mill_2(M35, IKA, 독일)에 넣고 2차로 분쇄하여 상기 1차 분쇄물의 크기를 더욱 작게 분쇄하였다. 상기 분쇄된 골 분말에서 파편을 제거하기 위해 용기에 골 분말 1 g당 15 ㎖의 정제수를 첨가하여 10분 동안 세척하고, 정제수를 교환하여 총 3회 세척을 실시하였다. 세척이 끝난 골 분말을 교반기에 넣고 골 분말 1 g당 15 ml의 0.6 N HCl을 첨가한 다음, 24℃에서 6시간 동안 200 rpm의 속도로 교반하였다. 상기 교반 후, 골 분말이 포함된 용액의 pH가 6.0 이상이 될 때까지 세척 작업을 반복하였다. 이후, 상기 골 분말에 83% 에탄올 및 6% 과산화수소를 처리하여 소독을 하고, 상층액을 제거한 다음, 12시간 동안 -70℃에서 냉동 보관하였다. 상기 결과물을 동결 건조 처리하여 탈회골 기질을 제조하였다.

실시예 2: 골 형성 유도 조성물(I)의 제조

상기 실시예 1에서 제조한 탈회골 기질 1.5kg을 3M의 시트르산 15L에 첨가하고 100rpm, 상온에서 72시간 동안 처리하였다. 20um 이상 50um 이하 포어 크기를 갖는 체를 사용하여 가용성 물질과 불용성 물질을 분리하여 가용성 물질을 포함하는 용액을 50L 탱크에 수집하고, 불용성 물질을 20L 탱크에 넣었다. 불용성 물질이 들어 있는 20L 탱크에 정제수 15L를 넣고 100rpm에서 세척하였다. 정제수를 2회 교체하여 pH가 7.0 내지 7.5 사이에 올 때까지 세척하였다. 세척이 끝난 불용성 물질을 동결건조기를 이용하여 -70℃ 이하에서 12 시간 이상 건조시켰다. 50L 탱크로 옮겨진 가용성 물질을 포함하는 용액을 micro hollow fiber(미국, PALL, 10K cut off)를 사용하여 pH가 7.0 내지 7.5 사이에 올 때까지 약 45L 가량의 정제수를 순환시켜 5L까지 농축 및 정제시켰다. 농축된 가용성 물질을 포함하는 용액을 동결 건조기에서 -70℃ 이하에서 12 시간 이상 건조시켰다. 건조된 가용성 물질을 정제수에 첨가하여 8% 수용액을 제조하였다. 8% 수용액을 -70℃에서 3시간 동결 후 상온에서 해동시키는 동결-해동 과정을 12번 거쳤다. 동결-해동 과정에서 점성이 생긴 8% 수용액에 상기 건조시킨 불용성 물질을 부피비 1:1로 혼합한 후 주사기에 충전하였다.

실시예 3: 동결-해동 과정의 횟수에 따른 점성 비교

상기 실시예 2에 기재된 바와 같이 탈회골 기질을 시트르산으로 처리하고 분리된 가용성 물질을 포함하는 용액을 중화, 농축 및 건조시켰다. 건조된 가용성 물질을 정제수에 첨가하여 8% 수용액과 16% 수용액을 제조하였다. 8% 수용액을 사용하여 -70℃에서 3시간 동결 후 상온에서 해동시키는 동결-해동 과정을 1번, 3번, 6번, 12번 반복한 시료를 제조하였다. 16% 수용액을 사용하여 -70℃에서 3시간 동결 후 상온에서 해동시키는 동결-해동 과정을 1번, 3번 반복한 시료를 제조하였다. 돼지 콜라겐 겔을 대조군으로 사용하여 상기 6개의 시료와 점성을 비교한 결과를 도 1에 나타내었다. 동결-해동 과정을 12번 거친 8% 수용액과 동결-해동 과정을 3번 거친 16% 수용액이 가장 높은 점성을 가졌고, 8% 수용액으로 12번 이상의 동결-해동 과정을 거치면 수분 유지 및 점성이 증가하여 16% 수용액의 점도 이상을 가질 수 있다는 것을 알 수 있었다.

실시예 4: 시트르산의 농도 및 처리 용량에 따른 가용성 단백질 경향 분석

상기 실시예 1에서 제조한 탈회골 기질에 3M 또는 5M 농도의 시트르산을 10, 20, 또는 40ml/ DBM g으로 처리하고 상온에서 72 시간 동안 처리하였다. 이 후 50 um 체를 사용하여 가용성 물질을 포함한 용액과 불용성 물질을 분리하고, 가용성 물질을 포함한 용액을 투석 막(Dialysis membrane(MW: 10,000))에 넣고 4L 증류수가 들어있는 5L 비이커에 넣고 일주일 동안 교반시켰다. 증류수는 하루 2회 이상 교체해주었다. 삼투압 반응으로 분자량이 192인 강산을 띠는 시트르산은 투석 막 밖으로 빠져나가고 증류수가 막 안으로 침투하게 된다. 측정 pH가 6.5 이상이었을 때, 삼투압 반응을 종료시켰다. 중화된 가용성 물질을 동결건조하여 솜 형태의 생성물을 얻었다. 이 물질로 BCA test를 수행하였다. 실험 결과, 시트르산의 농도 및 용량에 따른 추출되는 추출되는 수용성 단백질의 양은 큰 차이가 없었다(도 2).

실시예 5: 처리 단계에 따른 수용성 단백질의 양과 BMP -2의 농도 비교

처리 단계에 따른 탈회골 기질의 가용성 물질의 생산량을 비교하였다. 인간의 피질골(코리아본뱅크에서 가공) 및 인간의 피질골에 83% 에탄올과 6% 과산화수소 용액을 처리하여 골수 및 지질을 제거한 것 각각을 띠톱 기계를 이용하여 블록 형태로 절단한 뒤, 상기 절단된 블록을 bone mill_1(M20, Fritsch, 독일)에 넣고, 1차 분쇄를 한 다음, 다시 상기 1차 분쇄물을 bone mill_2(M35, IKA, 독일)에 넣고 2차로 분쇄하여 상기 1차 분쇄물의 크기를 더욱 작게 분쇄하였다. 상기 분쇄된 골 분말에서 파편을 제거하기 위해 용기에 골 분말 1 g당 15 ㎖의 정제수를 첨가하여 10분 동안 세척하고, 정제수를 교환하여 총 3회 세척을 실시하였다. 이렇게 분쇄된 인간의 피질골 0.5g 및 지질이 제거된 인간의 피질골 0.5g을 대조군 1 및 2로 사용하였고, 상기 실시예 1에서 제조한 탈회골 기질 0.5g을 대조군 3으로 사용하였다.

상기 실시예 2에 기재된 방법과 같이 실시예 1의 탈회골 기질을 시트르산에서 72시간 동안 처리한 뒤 가용성 물질을 분리하여 건조시켰다. 건조된 가용성 물질의 0.5g을 실험에 사용하였다. 상기 대조군 1, 2, 3 및 72시간 처리된 탈회골 기질 0.5g을 단백질 추출 완충액 33 ml(4M Guanidine-HCL, 50 mM Triz, 50 mM EDTA, 5 mM Benzamidine-HCL, 0.1M aminocaproic acid, 1 mM PMSF)에 별개로 첨가한 뒤, 이를 4도에서 72시간 동안 처리하였다. 처리한 수용액(pH 1-3)을 투석 막(Mw: 3500)에 넣고 이를 증류수가 들어있는 5L 비커에 넣고 4도에서 교반시켰다. 이러한 과정을 통해 강산을 띄고 분자량이 3500 이하인 단백질 추출 완충용액은 밖으로 빠져나가고 증류수가 멤브레인 안으로 침투한다. 반응의 종료는 pH가 6.5 내지 7.5가 되었을 때 종료하였고 하루에 두 번 이상 증류수를 교체하였다. 생성된 용액을 동결 건조하여 총 단백질 정량 및 BMP-2 ELISA KIT로 BMP-2 정량을 하였다.

도 3은 각 샘플의 g당 추출되는 총 가용성 단백질의 양을 나타낸다. 도 4는 각 샘플 g당 추출되는 BMP-2의 양을 나타낸다. 탈회골 기질을 시트르산에서 실온, 72시간 처리한 후 농축, 정제 및 건조 과정(실시예 2에 기재된 방법 사용)을 거친 후 생산된 가용성 물질은 대조군 2에 비해 24배, 대조군 3에 비해 24배 많은 단백질을 함유하고 있다.

또한 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이 BMP-2의 양 또한 탈회골 기질을 시트르산에서 72시간 처리했을 경우 대조군에 비해 상대적으로 많은 양을 함유하고 있다.

실시예 6: 골 형성 유도 조성물( II )의 제조

상기 실시예 1에서 제조한 탈회골 기질 1.5kg을 3M의 시트르산 15L에 첨가하여 100rpm, 상온에서 72시간 동안 처리하고, 동일한 탈회골 기질 1.5kg을 3M의 시트르산 3L에 첨가하고 100rpm, 4도에서 24시간 동안 처리하였다.

상기 시트르산이 처리된 탈회골 기질 각각을 별개로 체(Fritsch, 독일, 50 um 포어 크기)를 사용하여 가용성 물질과 불용성 물질을 분리하여 가용성 물질을 포함하는 용액을 50L 탱크에 수집하고, 불용성 물질을 20L 탱크에 넣었다. 불용성 물질이 들어 있는 20L 탱크에 정제수 15L를 넣고 100rpm에서 세척하였다. 정제수를 2회 교체하여 pH가 6.5 내지 7.0 사이에 올 때까지 세척하였다. 세척이 끝난 불용성 물질을 -70도에서 약 2-3일 간 동결건조기를 이용하여 건조시켰다

상기 50L 탱크로 옮겨진 가용성 물질을 포함하는 각각의 용액을 통합하고, 이를 micro hollow fiber(PALL, 미국, Mw:10,000)를 사용하여 5L까지 농축시켰다. 5L로 농축된 가용성 물질을 포함하는 용액에 45L의 정제수를 첨가하여 희석하고 강한 압력으로 micro hollow fiber를 통과시켜 정제하였다. 45L의 정제수를 첨가하여 희석하고 정제하는 과정을 pH가 6.5 내지 7.0 사이에 올 때까지 반복한 다음 pH가 6.5 내지 7.0 사이인 가용성 물질을 포함하는 용액을 micro hollow fiber(PALL, 미국, Mw:10,000)를 사용하여 5L로 농축하였다. 농축된 가용성 물질을 포함하는 용액을 -70도에서 약 3일 동안 동결 건조기에서 건조시켰다. 건조된 가용성 물질을 정제수에 첨가하여 8% 수용액을 제조하였다. 8% 수용액을 -70℃에서 3시간 동결 후 상온에서 해동시키는 동결-해동 과정을 12번 거쳤다. 동결-해동 과정에서 점성이 생긴 8% 수용액에 상기 건조시킨 불용성 물질을 부피비 1:1로 혼합한 후 주사기에 충전하였다.

실시예 7: 동물 내 골 형성 유도 조성물(I)의 이식 실험

타사제품(이하, 대조군으로 지칭)과 상기 골 형성 유도 조성물(I)을 각각 누드마우스의 피하에 이식한 후 신생물 생성 정도를 비교하는 실험을 수행하였다. 각각의 이식재를 0.3cc 이식한지 2주와 4주째에 실험동물을 희생한 뒤, 이식했던 시료의 무게를 측정하여 비교하였고, X-ray 촬영(Genoray사의 Port-X Ⅱ 사용)을 통해 방사선학적으로 유의성 여부를 확인하였다.

그 결과, 같은 양의 이식재를 주입한 지 각각 2주와 4주 째에 채취된 시료의 무게는 골 형성 유도 조성물(I)을 넣은 실험동물 군이 대조군에 비해 유의하게 높은 것을 확인할 수 있었다(도 5). 방사선학적인 소견에서는 골 형성 유도 조성물(I)을 이식한 지 2주 만에 방사선 비투과 영역(radio opaque)이 부분적으로 뚜렷해지는 것이 발견되었고, 4주째에서는 대조군과 비교했을 때 더 선명해지고 이식된 시료의 크기 자체도 증가한 것을 확인할 수 있었다(도 6).

파라핀 블록 방법을 사용하여 조직학적으로 검토한 결과, 대조군에 비해 골 형성 유도 조성물(I)을 이식한 그룹에서 중간엽 세포들의 침투가 활발했고, 세포 주변부로 ECM이 방출되는 모습을 확인할 수 있었다. 특히 골 형성 유도 조성물(I)을 이식한 그룹에서 ECM이 활발하게 방출되었고, 중간엽 세포들이 조골세포로 분화되는 양상이 관찰되어 대조군보다 더 향상된 골 유도능이 발휘됨을 확인할 수 있었다(도 7).

Claims (8)

1. a) 탈회골 기질에 산성 용매를 첨가하여 탈회골 기질 용액을 제조하는 단계;
   b) 상기 탈회골 기질 용액으로부터 탈회골 기질의 가용성 물질을 포함하는 용액과 불용성 물질을 분리하는 단계;
   c) 상기 가용성 물질을 포함하는 용액을 중화시키는 단계;
   d) 상기 c) 단계의 결과물을 건조시키는 단계;
   e) 상기 d) 단계의 결과물을 재수화시키는 단계; 및
   f) 상기 e) 단계에서 재수화된 용액의 동결 및 해동을 반복하는 단계를 포함하는 골 형성 유도 조성물의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 f) 단계에서 동결은 -80 내지 -60℃의 온도에서 1 내지 5시간 동안 실시하고, 해동은 0 내지 30℃의 온도에서 4 내지 6 시간 동안 실시하는 것인 골 형성 유도 조성물의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 f) 단계는 1 내지 20회 반복하는 것인 골 형성 유도 조성물의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 a) 단계는 탈회골 기질에 시트르산을 첨가하고, 0-30℃의 온도에서 60-80시간 동안 반응시켜 탈회골 기질 용액을 제조하는 단계인 것인 골 형성 유도 조성물의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 b) 단계 이후에,
   b-1) 탈회골 기질에 산성 용매를 첨가하여 탈회골 기질 용액을 제조하는 단계;
   b-2) 상기 탈회골 기질 용액으로부터 탈회골 기질의 가용성 물질을 포함하는 용액과 불용성 물질을 분리하는 단계; 및
   b-3) 상기 b-2) 단계에서 분리된 가용성 물질을 포함하는 용액을 상기 b) 단계의 가용성 물질을 포함하는 용액에 첨가하는 단계를 더 포함하는 것인 골 형성 유도 조성물의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 b-1) 단계는 탈회골 기질에 시트르산을 첨가하고, 0-30℃의 온도에서 20-40시간 동안 반응시켜 탈회골 기질 용액을 제조하는 단계인 것인 골 형성 유도 조성물의 제조 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 f) 단계 이후에,
   j) 상기 f) 단계의 결과물을 상기 b) 단계의 불용성 물질과 혼합하는 단계를 더 포함하는 것인 골 형성 유도 조성물의 제조 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 b) 내지 f) 단계 중 어느 한 단계 이후에,
   k) 상기 b) 단계의 불용성 물질을 중화시키는 단계; 및
   l) 상기 k) 단계의 결과물을 건조시키는 단계;를 더 포함하고,
   상기 f) 단계, k) 단계, 및 l) 단계 이후에
   m) 상기 k) 단계의 결과물을 상기 f) 단계의 결과물과 혼합하는 단계를 더 포함하는 것인 골 형성 유도 조성물의 제조방법.
   

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